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标题 化肥减量配施有机肥对水稻产量及氮肥利用率的影响
范文

    黄璐璐 金海洋 王站付 严瑾 顾见芹 顾艾节

    

    

    

    摘要?为研究水稻减肥条件下配施有机肥对水稻产量及氮肥利用率的影响,选用“秋优金丰”为供试品种,开展了一季大田试验,共设4组12个肥料运筹处理,分别为常规施肥处理、减肥20%处理、缺氮减肥20%处理、减肥20%+有机肥梯度配施、缺氮减肥20%+有机肥梯度配施。结果表明,当减肥20%有机肥施用量达11 250 kg/hm2时,产量相比减肥20%的条件下提高了9%(P<0.01),氮肥利用率与农学效率分别达42.36%、8.10 kg/kg。有机肥施用量达15 000 kg/hm2时,产量仅比有机肥11 250 kg/hm2时提高了0.92%(P>0.05),氮素利用效率与农学效率也降低了14.73%(P<0.05)、3.5%(P>0.05)。因此,综合考虑水稻产量与氮素利用效率,建议在常规施肥基础上减肥20%,有机肥施用量为11 250 kg/hm2 为宜。

    关键词?水稻;化肥减量;有机无机配施;产量;氮肥利用率

    中图分类号?S511?文献标识码?A?文章编号?0517-6611(2021)01-0138-05

    doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.037

    Abstract?In order to study the effects of organic fertilizer on rice yield and nitrogen efficiency under the fertilizer reduction,“Qiuyou jinfeng” was selected as the test variety for the one-season field trial.A total of four groups of 12 fertilizers combined were used for treatment,including conventional fertilization, fertilizer reduction of 20%,no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%, fertilizer reduction of 20%+organic fertilizer combined application, no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%+ organic fertilizer combined application. The results showed that the fertilizer was reduced by 20%, the fertilizer application amount reached 11 250 kg/hm2, the yield was increased by 9%(P<0.01) when the fertilizer was reduced by 20%. Nitrogen utilization rate and agronomic efficiency reached 42.36% and 8.10 kg/kg, respectively. When the application amount of organic fertilizer reached 15 000 kg/hm2, the yield was only 0.92% higher than that of organic fertilizer at 11 250 kg/hm2 (P>0.05). The nitrogen utilization efficiency was also 14.73% lower than that of agricultural efficiency (P<0.05) and 3.5% lower than that of agricultural efficiency (P>0.05).Therefore, considering rice yield and nitrogen utilization efficiency comprehensively, it is recommended to reduce the amount of fertilizer by 20% on the basis of conventional fertilization, and keep the application amount of organic fertilizer at about 11 250 kg /hm2.

    Key words?Paddy;Reduction of fertilizer application;Organic and chemical fertilizer combined;Yield;Nitrogen use efficiency

    化學肥料作为重要的农业生产资源,在提高作物产量上起到重要作用[1],但为片面追求作物产量而长期大量施用化肥容易出现土壤板结酸化,速效养分和有机质含量下降等问题[2],导致肥料利用率下降,加剧农业面源污染,不利于生态环境保护和农业可持续发展。研究表明,有机肥能有效地培肥和改良土壤[3-5],增加土壤养分、有机质含量以及土壤有益微生物数量,提高土壤肥力及酶活性[6-9],很大程度地改善单施化肥对土壤带来的负面影响,同时也在一定程度上起到增产作用。

    为减少化肥用量,提高化肥利用效率,减少农业面源污染,农业部发布了《到2020 年化肥使用量零增长行动方案》,上海市提出从2015年到2020年全市化肥用量减少20%的目标。研究表明单方面减肥不能很好地满足作物对肥料的持续需求,会导致一定程度的减产,有机肥与无机肥配合施用可协调平衡养分供应[10-11],有利于作物生长,保证作物稳产。因此,需要在化肥减量20%的前提下,有效利用有机肥养分,明确化肥减量配施有机肥在农业生产中的施用量。

    笔者通过水稻田间试验,研究化肥减量配施有机肥对水稻产量及氮肥利用效率的影响,探索有机肥配施的合适用量,为指导水稻合理施肥、化肥减施技术提供理论依据。

    1?材料与方法

    1.1?试验材料

    试验品种为“秋优金丰”。供试肥料:复混肥料含N、P2O5、K2O均为15%,尿素含N 46%,碳铵含N 17%,过磷酸钙含P2O5 12%,氯化钾含K2O 60%。有机肥以猪粪为主料,菌菇渣等为辅料制成,含水量30%,烘干基养分含量为N 1.5%,P2O5 2%,K2O 1.5%。

    1.2?试验地概况

    试验于2018年5—12月在上海市奉贤区奉城镇协新村进行。供试土壤为水稻土,试验前耕层0~20 cm。试验地土壤pH为7.84,养分含量分别为水解性氮107 mg/kg,有效磷71.6 mg/kg,速效钾249 mg/kg,有机质14.6 g/kg。

    1.3?试验设计

    设12处理,3重复。随机区组排列,小区处理面积80 m2。常规区:常规施肥(T1)、常规施肥缺氮(T2)、氮磷钾减肥20%(T3)、缺氮磷钾减肥20%(T4);减肥20%有机肥配施区:在氮、磷、钾减肥20%的基础上配施有机肥,有机肥梯度为3 750 kg/hm2(T5)、 7 500 kg/hm2(T6)、11 250 kg/hm2(T7)、 15 000 kg/hm2(T8);缺氮减肥20%有机肥配施区:不施氮肥,在磷、钾减肥20%的基础上配施有机肥,有机肥梯度为3 750 kg/hm2(T9)、 7 500 kg/hm2(T10)、11 250 kg/hm2(T11)、 15 000 kg/hm2(T12)。除肥料处理不同外,其他田间栽培管理措施同常规(表1)。

    1.4?测定项目与方法

    1.4.1?土壤理化性质。

    试验实施前采集0~20 cm基础土样,测定基本理化性状。在施肥之前采集苗床和试验大田土壤样品,以“S”型的布点方式,用不锈钢取土器采集耕作层深度10~20 cm的土壤15点,混合后去除小石块、植物残根残枝等杂物。自然风干后,采用四分法留取1.5 kg备用待测。参照《土壤农化分析》[12]进行土壤指标测定:土壤pH用pH计法测定,有机质用油浴加热-重铬酸钾容量法测定,全氮用凯氏定氮法测定,有效磷用钼锑抗比色法测定,速效钾用乙酸铵浸提-火焰光度法测定,碱解氮用碱解扩散法测定,亚硝酸盐用紫外分光光度法测定。

    1.4.2?田间考察、测产方法。

    分蘖后期,采集有代表性的5株,用钢卷尺测量株高,株高为植株从露出土壤根部至顶端的距离。叶绿素用SPAD-502plus叶绿素仪测量小麦剑叶的叶尖、中部和基部的SPAD值,取其平均数作为叶片的SPAD值。

    有效穗數:除每穗结实不满5粒不计以外,凡抽穗结实的均为有效穗,以“万穗/hm2”表示;每穗实粒数:包括每穗上的实粒和已脱落的总数,以“粒/穗”表示。千粒重:以晒干扬净(粳谷标准含水率14.5%)为标准,混匀取样,任取1 000粒称重,以2次重量相差不大于3%为准,计千粒重,以“g”表示。

    1.4.3?植株和籽粒养分含量。

    在分蘖期及成熟期分别取5株长势均匀一致的植株,分蘖期为地上植株,成熟期为植株和籽粒两部分,在105 ℃迅速杀青30 min,然后在75 ℃下烘干至恒重,测定全氮、全磷、全钾含量。全氮用自动定氮仪法[13]测定,全磷用钼锑抗比色法[14]测定,全钾用火焰光度计法[15]测定。

    氮(磷、钾)吸收量(kg/hm2)=(籽粒产量×籽粒养分含量+秸秆产量×秸秆养分含量)/100;

    氮肥利用率(NRE)=(施氮处理地上部氮素吸收量-缺氮处理地上部氮素吸收量)/施氮量×100%;

    植株氮素吸收效率(NUP)=施氮区地上部氮吸收量/施氮量×100%;

    氮肥农学效率(NAE,kg/kg)=(施氮处理籽粒产量-缺氮处理籽粒)/施氮量;

    氮肥偏生产力(NPFP,kg/kg)=施氮处理籽粒产量/施氮量。

    1.5?数据处理?数据处理采用Excel 2007软件,方差分析采用DPS V7.05统计软件,多重比较采用LSD法。

    2?结果与分析

    2.1?不同施肥处理对水稻植株性状的影响

    由表2可知,不同施肥处理对水稻各生长时期的植株性状均有一定影响。缺氮(T2)、减肥20%缺氮(T4)处理与缺氮有机配施处理(T9)的株高、SPAD、穗长均低于其他处理,彼此间无显著差异,株高、SPAD与其他处理间差异显著,缺氮有机配施处理(T9)的株高、SPAD均显著低于缺氮有机配施处理(T10~T12),表明氮肥是影响水稻生长的主要因素,缺氮配施少量的有机肥对植株性状提高不明显。常规施肥(T1)各植株性状均最高,减肥20%常规施肥均极显著低于常规施肥(T1),表明化肥减施20%不利于水稻生长。各有机配施处理(T5~T8)与缺氮有机配施处理(T9~T12)的植株性状均随着有机肥的增施而提高,有机配施处理(T8)的植株生长情况均相比其他有机配施处理弱,表明配施有机肥一定程度上促进植株生长,而在常规减肥条件下,过量施用有机肥对植株生长作用不大。有机配施处理(T5~T8)与减肥常规处理(T3)分蘖期的株高差异不显著,成熟期的有机配施处理(T7)的株高显著高于有机配施处理(T5、T8)与减肥常规处理(T3),有机配施处理(T6~T8)的植株叶绿素含量极显著高于有机配施处理(T5)与减肥常规处理(T3),有机肥配施处理(T7)的穗长显著高于有机配施处理(T5)与减肥常规处理(T3),表明配施有机肥对分蘖期株高影响不大,适量配施有机肥植株的叶绿素与成熟期株高和穗长提高明显。

    2.2?不同施肥处理对水稻产量的影响

    由表3可知,所有处理中,常规施肥(T1)的有效穗、实粒数、千粒重、产量均最高,与减肥20%常规处理(T3)呈极显著差异。常规缺氮处理(T2)显著高于减肥20%常规处理(T4),差异不显著,表明磷钾肥对水稻产量及其构成也有一定的影响。各有机配施处理(T5~T8)与缺氮有机配施处理(T9~T12)产量及其构成均随着有机肥量的增加呈上升趋势。产量方面,有机配施处理(T7、T8)与缺氮有机配施处理(T11、T12)分别极显著高于有机配施处理(T5、T6)与缺氮有机配施处理(T9、T10),有机配施处理T7与T8以及缺氮有机配施处理T11与T12的产量间均无显著差异,说明在常规减肥20%导致水稻减产的情况下,适量增施有机肥能提高水稻产量,但当有机肥达到一定量时,再增施对其增产的作用不大。

    2.3?不同施肥处理对水稻植株养分吸收量的影响

    由表4可知,不同处理对水稻养分积累存在不同的影响。各养分积累量在减肥20%有机肥配施区(T5~T8)整体高于缺氮减肥20%有机肥配施区(T9~T12),表明氮素能有效促进水稻养分吸收。在常规减肥处理中氮的养分积累为T1>T3>T2>T4,差异极显著,表明减肥20%极显著地降低了氮素的吸收积累。减肥20%配施有机肥的处理中,吸氮量和吸钾量随着有机施肥量增加呈先增后降的趋势,处理T5~T7逐级显著增加,有机肥再增施至处理T8水平时,吸收氮和钾的数量又显著下降,表明过量施入有机肥会抑制氮、钾养分的吸收积累;而磷素的吸收量均随有机肥用量的增加而显著提高。化肥减量20%的情况下,随着配施有机肥用量的增加(T5~T8),水稻吸收磷、钾养分逐级显著提高,且均显著高于常规施肥,这表明有机肥中含有较多的磷、钾养分,能促进水稻对磷、钾的吸收。

    2.4?不同施肥处理对水稻氮肥利用率的影响

    由表5可知,所有施氮处理中,减肥20%处理(T3)的氮肥利用率、氮素吸收效率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力相比常规处理(T1)均有所提高,差异显著,表明减肥20%能有效提高水稻的氮肥利用率与农学效率。有机配施处理(T7)的氮肥利用率、氮素吸收效率最高,与其他处理差异显著,氮肥农学效率仅次于减肥20%处理(T3),差异不显著,有机配施处理(T5~T8)的氮肥偏生产力随有机肥的增施而提高,氮肥利用率、植株氮素吸收效率、氮肥农学效率在有机配施处理(T5~T7)呈同样趋势,但有机配施处理(T8)有所降低,表明施用有機肥能在一定程度上提高氮肥利用率与农学效率,但过量施用不利于作物养分吸收,导致氮肥利用率与农学效率降低。

    3?结论与讨论

    氮肥是影响水稻植株性状和收获情况的主要因素,在一定用量范围内,增施氮肥可以促进有效分蘖产生,穗数增多,产量显著提高[16]。该试验中常规施肥缺氮(T2)、缺氮减肥20%(T4)和缺氮有机肥配施(T9~T12)水稻植株的叶绿素、株高以及产量均显著差于非缺氮处理,表明在氮肥缺失下,单纯施用有机肥对植株生长及收获作用不大。该试验中常规减肥20%的植株性状显著差于常规施肥,植株的吸氮量也显著降低,表明化肥减施减少了植株的氮素积累,无法满足水稻生长中对养分的需求,导致减肥处理生长能力较弱。随着有机肥的增加,水稻植株的长势情况相比减肥条件下得到有效改善,但当有机肥施用量达15 000 kg/hm2时,氮素吸收显著降低,水稻植株性状均有所降低。表明配施有机肥一定程度上促进植株生长,但过量施用有机肥可能会抑制植株生长。研究表明高量有机无机肥配施,会使水稻前期养分供应太少,导致养分吸收不足[17],影响植株生长,这与该研究结果基本一致。

    常规施肥条件下,化肥减施会导致一定程度的减产,该研究中常规处理的有效穗、实粒数、千粒重、产量均最高,与减肥20%常规处理呈极显著差异。有机肥的增施使产量得到显著提高,可能由于有机无机肥配施,提高了功能叶的净光合速率,增加水稻前期干物质的积累,从而提高水稻产量[18-19],但高量施用有机肥对其增产作用很小,当有机肥施用量达15 000 kg/hm2时,水稻产量不再大幅度增加。朱菜红等[20]研究指出有机肥与化肥必须适量施用,过量施用可能会影响根系微生物活性,使作物对养分的吸收率降低,导致减产。该研究中高量施用有机肥虽未出现减产,但增产效果相比前3个有机肥增施梯度大幅度减弱。

    化肥过量施用会降低肥料的利用效率,该研究中减肥20%的氮肥利用率与农学效率显著高于常规施肥。氮肥的利用率与农学效率随着有机肥的增加而提高,当有机肥施用量达7 500 kg/hm2时,与减肥20%处理无显著差异,但有机肥施用量达15 000 kg/hm2时,两者均有所降低。

    在常规施肥减量20%的基础上,适当增施有机肥,利于氮磷钾养分的积累,对水稻生长和养分积累较为有利。施用量为11 250 kg/hm2时,氮肥的利用效率、农学效率和产量均得到有效提高,有机肥施用量达15 000 kg/hm2时,氮素利用效率较低,产量增加也有限。综合考虑水稻产量与氮素利用效率,建议在常规施肥基础上减肥20%,有机肥施用量以11 250 kg/hm2为宜。

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更新时间:2025/3/15 17:07:23